基于CMOS圖像傳感器的微型智能尋跡廣播車硬件電路設計

王 粵

（棗莊廣播電視臺，棗莊 277000）

1 硬件系統設計

研究硬件電路部分主要包括硬件系統整體結構、單片機最小系統設計及其外圍的電源模塊設計、輔助調試的人機交互模塊以及測速模塊等方面。其中，電機驅動電路板采用B0512S升壓電路產生12 V電壓驅動HIP4082芯片，由HIP4082芯片驅動4片LR7843芯片組成的H橋驅動電路，從而驅動直流電機。

1.1 硬件系統

硬件系統的整體結構，如圖1所示。

圖1 硬件系統總體結構圖

1.2 MCU主板模塊

為了提高智能尋跡廣播車[1]的整體穩定性，減小整體質量，采用購買成品的單片機最小系統板模塊完成設計。這樣一方面保證了單片機芯片的穩定，另一方面減少了一些調試方面的麻煩，節約了時間。最小系統板中包括J-LINK接口等。單片機的基本參數如表1所示。本設計使用時只需要在主控電路板中引出需要的單片機引腳接口即可，如圖2所示。

圖2 MCU主控模塊

表1 單片機基本參數

1.3 電源模塊設計

把電池的電壓經過各種芯片轉換成各個模塊所需的電壓，如圖3所示。

圖3 電源分配示意圖

3.3 V電源模塊采用LM1117穩壓芯片[2]為攝像頭、液晶、藍牙模塊以及最小系統供電，如圖4所示。

圖4 LM1117電路圖

5 V電源模塊為速度反饋信號處理電路供電。因為給速度檢測模塊供電的電源要求電壓穩定，所以本設計采用小壓差的線性穩壓芯片LM2940-5.0[3]。電池電壓在驅動電機導通時壓降較大，小壓差的LM2940-5.0能保證輸出穩定的5 V電壓，如圖5所示。

圖5 LM2940穩壓電路圖

5.5 V電源模塊為舵機供電，舵機的基本參數如表2所示。電壓越高，輸出力矩越大，響應時間越快。為了提供穩定充足的電源，本設計采用LM2941-ADJ搭成的5.5 V電源為舵機供電，如圖6所示。

表2 S-D5舵機基本參數

圖6 LM2941-ADJ穩壓電路圖

1.4 速度與反饋信號處理電路設計

為了讓智能尋跡廣播車能夠平穩沿著道路運行，即在該快速通過時提速，該減速時慢行。不僅要控制舵機的打角，還需要實時采集和調整智能尋跡車的速度，從而使智能尋跡廣播車在道路上更加良好地運行。

由于智能尋跡廣播車為大功率單電機驅動，因此編碼器電路比較簡單，只需供電和將編碼器信號線上拉（接+5 V）即可，以保持信號穩定。本設計使用的編碼器輸出信號為方波，所以信號不需要被外部電路整形，如圖7所示。

圖7 編碼器接口電路圖

1.5 電機驅動模塊設計

該設計需要驅動大功率電機，電機在急速旋轉和制動過程中需要很大的電流[4]。該電機的性能參數如表3所示，可見驅動設計尤為重要。

表3 RS-540電機基本參數

采用MOS管和專用柵極驅動芯片進行驅動，但是HIP4082芯片需要12 V供電，因此其中12 V升壓電路中先通過穩壓芯片LM2940S將7.2 V降壓為5 V，再通過芯片B0512S將5 V升高至12 V，如圖8和圖9所示。

圖8 7.2 V降5 V電路圖

圖9 5 V升12 V電路圖

本設計使用HIP4082作為電機的驅動芯片，芯片的性能參數如表4所示，輸出脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）信號控制電機，如圖10所示。

表4 HIP4082驅動芯片基本參數

圖10 電機驅動電路圖

1.6 圖像采集模塊設計

本設計使用的OV7725攝像頭[5]采集賽道圖像。傳感器的引腳直接與單片機的引腳相連，沒有復雜的外圍電路，接口簡單，如圖11所示。

圖11 圖像采集接口電路圖

1.7 人機交互模塊設計

本設計采用“液晶+按鍵配合撥碼開關”的模式將液晶、按鍵和撥碼開關直接放在了主板上，采用1.44英寸彩色TFT屏幕加5向按鍵配合4P撥碼開關的調試方式。該液晶分辨率為128×128，可以顯示多種顏色。人機交互模塊的功能是顯示控制小車的各種參數，另外增加蜂鳴器電路方便小車的調試。這種設計減了電路板的數量，并在一定程度上降低了車的重心，使整個小車看起來比較緊湊，如圖12所示。

圖12 人機交互模塊電路圖

2 結語

智能尋跡車系統是以硬件為基礎，尤其是電源的穩定性。在電機和舵機急速動作時，這兩個都屬于大功率部件會造成用電量大，造成瞬間電池電壓波動。此時，由于電壓不穩定，MCU可能復位，因此要保證電路系統的穩定。